第三章遗传的分子基础

1、第三章第三章 遗传的分子基础戴和剧脱氧核糖核苷酸（DNA）v4种碱基：腺嘌呤种碱基：腺嘌呤A、鸟嘌呤鸟嘌呤G、胞嘧啶、胞嘧啶C和和胸腺嘧啶胸腺嘧啶Tv脱氧核糖脱氧核糖v磷酸磷酸v4种碱基种碱基A、G、C和和尿嘧啶尿嘧啶Uv核糖核糖v磷酸磷酸核糖核苷酸（RNA）核酸：核酸：第一节 遗传物质的结构一、一、DNADNA的结构：的结构： 双螺旋结构第三章 遗传的分子基础1953年，沃森(Watson J. D.)和克里克(CrickF. H. C.)提出DNA双螺旋结构模型。主要依据为：碱基互补配对的规律以及DNA分子的X射线衍射结果。沃森和克里克与维尔肯斯(Wilkins)一起获得诺贝尔奖 (196

2、2) 。 DNA的立体结构特点磷酸、脱氧核糖磷酸、脱氧核糖 交交替连接替连接 构成基构成基本骨架；本骨架；碱基；碱基；2条链上的条链上的碱基通过碱基通过氢键氢键形成形成碱基对碱基对3.内侧内侧:2.外侧：外侧：1.由由2条链按条链按反向平行方反向平行方式式盘绕成双螺旋结构；盘绕成双螺旋结构；AACCGGATTTGG CCTAAT之间形成之间形成2个氢键个氢键CG之间形成之间形成3个氢键个氢键DNA碱基互补配对情况图解二、二、 RNA RNA的结构的结构1 1、RNARNA的组成单位：的组成单位：核糖核苷酸核糖核苷酸AC腺嘌呤腺嘌呤核糖核苷酸核糖核苷酸胞嘧啶胞嘧啶核糖核苷酸核糖核苷酸U尿嘧啶尿嘧

3、啶核糖核苷酸核糖核苷酸G鸟嘌呤鸟嘌呤核糖核苷酸核糖核苷酸核糖核糖核糖核糖核糖核糖核糖核糖2、RNA和和DNA的比较的比较DNARNA基本单基本单位位五碳糖五碳糖含含N碱碱基基单双链？单双链？分子分子大小大小脱氧核苷酸脱氧核苷酸脱氧核糖脱氧核糖A、T、G、C双链双链核糖核苷酸核糖核苷酸核糖核糖A、U、G、C单链单链很大很大比较小比较小3 3、RNARNA种类和功能种类和功能根据根据RNA功能功能RNA有三种：有三种：信使信使RNA，也叫，也叫mRNA；转运转运RNA，也叫，也叫tRNA；核糖体核糖体RNA，也叫，也叫rRNA。第二节 基因的结构与功能一、基因（gene）v（一）定义（一）定义v生

4、物学定义：生物学定义： 具有遗传功能的具有遗传功能的DNA片段。片段。v分子生物学定义：分子生物学定义： DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的多肽链或能的多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通所必需的全部核酸序列（通常是常是DNA序列）。序列）。（二）基因的组成v一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列、序列、5非翻译序列、内含子以及非翻译序列、内含子以及3非翻

5、译序非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和列等所有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基基因）。因）。1真核细胞的基因结构：包括真核细胞的基因结构：包括a_ 和和b_ 。2特点特点(1)编码区是编码区是_、 _。(2)编码区都含有若干个编码区都含有若干个c_ 和和d_。(3)不同的基因所含的不同的基因所含的c外显子与外显子与d内含子数目不同。内含子数目不同。真核细胞基因结构真核细胞基因结构非编码区非编码区编码区编码区间隔的间隔的不连续的不连续的外显子外显子内含子内含子据基因组重复次数高低：据基因组重复次数高低：v单拷贝序列（单一序列）单拷贝序列（单一序列）v 轻度重复序列轻度重复序列 2 101v

6、重复序列重复序列 中度重复序列中度重复序列 10 102v 高度重复序列高度重复序列 102 106v基因家族基因家族(三)分类1. 1. 单拷贝序列：单拷贝序列：v只有一个拷贝，只有一个拷贝，占基因组的占基因组的60-65%. 主要是功能基因。主要是功能基因。v单拷贝序列又称为单一序列或非重复序单拷贝序列又称为单一序列或非重复序列列，在一个基因组中只有一个拷贝，在一个基因组中只有一个拷贝，在在DNA复性曲线中，它是最慢速复性的部复性曲线中，它是最慢速复性的部分分。含有。含有8001000bp。大多数结构基。大多数结构基因都属于这一类型，但单拷贝序列并不因都属于这一类型，但单拷贝序列并不都执行

7、遗传功能。都执行遗传功能。v真核生物的单拷贝基因是分散分布于整条染色真核生物的单拷贝基因是分散分布于整条染色体或不同染色体之中的。一个蛋白质基因也常体或不同染色体之中的。一个蛋白质基因也常分成几段相隔排列。由几个肽段的基因组成一分成几段相隔排列。由几个肽段的基因组成一个蛋白质的全部基因，有些肽段的基因仅由内个蛋白质的全部基因，有些肽段的基因仅由内含子隔开，而另一些肽段的基因则分布于几条含子隔开，而另一些肽段的基因则分布于几条染色体上。染色体上。例如，珠蛋白有例如，珠蛋白有2条条链和链和2条条链，链，在人类中，在人类中，链基因位于链基因位于16号染色体上，号染色体上，链链基因则位于基因则位于11

8、号染色体上。在号染色体上。在链基因中，又链基因中，又由几个内含子隔开，串联在由几个内含子隔开，串联在11号染色体上。单号染色体上。单拷贝基因的另一个特点是普遍存在着内含子。拷贝基因的另一个特点是普遍存在着内含子。 2. 2. 轻度重复序列轻度重复序列v基因组中有基因组中有2-10个个拷贝，是慢速复性的一部分。拷贝，是慢速复性的一部分。 主要是组蛋白和主要是组蛋白和rRNA基因、基因、 tRNA基因等。基因等。 v 几个基因都有功能几个基因都有功能, 编码同一个蛋白质或编码同一个蛋白质或tRNA;分两种分两种v 几个拷贝中有的有功能，有的无功能（假基因）几个拷贝中有的有功能，有的无功能（假基因）

9、 v假基因假基因结构与功能基因相同，但不表达。结构与功能基因相同，但不表达。v 原因：原因：突变失活，启动子缺陷。突变失活，启动子缺陷。3.3.中度重复序列中度重复序列 v中度重复序列对应于中速复性的部分，在基因中度重复序列对应于中速复性的部分，在基因组中有数十至数百万个拷贝，分散在整个基因组中有数十至数百万个拷贝，分散在整个基因组中。组中。一般无一般无RNARNA转录产物（非编码序列）转录产物（非编码序列），一一般认为与基因的表达调控有关般认为与基因的表达调控有关(包括转录调控序包括转录调控序列列，复制控制序列复制控制序列，转录后的加工等转录后的加工等)。v在基因组中有数千种中度重复序列，其

10、中有一在基因组中有数千种中度重复序列，其中有一些构成序列家族。各家族成员有的重复串联在些构成序列家族。各家族成员有的重复串联在一起，有的分散于非重复序列中相间排列。一起，有的分散于非重复序列中相间排列。 v这类序列的平均长度是这类序列的平均长度是300bp左右左右。v 长周期分散的重复序列长周期分散的重复序列 5000bpv分两种分两种 v 短周期分散的重复序列短周期分散的重复序列 100 300bp，主要存在于人、爪蟾、海胆等生物中，例如，主要存在于人、爪蟾、海胆等生物中，例如，Alu家族等。家族等。 4. 4. 高度重复序列高度重复序列v高度重复序列对应于快速复性部分。在基因组中有高度重复

11、序列对应于快速复性部分。在基因组中有几百到几百万个拷贝（重复次数几百到几百万个拷贝（重复次数 102 106 ），它它们的长度差异很大，短的只有几个们的长度差异很大，短的只有几个bp，长的有几十，长的有几十个到几百个个到几百个bp或更长。这些序列一般不分散，主要或更长。这些序列一般不分散，主要集中在异染色质中，特别在端粒和中心粒的附近，集中在异染色质中，特别在端粒和中心粒的附近，由短序列重复多次串联成长长的一大簇，由短序列重复多次串联成长长的一大簇，v高度重复序列富含高度重复序列富含A、T碱基，因序列简单，碱基，因序列简单，缺乏转录必要的启动子而不具转录能力，其缺乏转录必要的启动子而不具转录能

12、力，其功能至今尚不清楚。功能至今尚不清楚。v在多数真核生物的基因组在多数真核生物的基因组DNA中，都含中，都含有有20%以上的高度重复序列，其特征之以上的高度重复序列，其特征之一是两条链的不对称性，它们构成卫星一是两条链的不对称性，它们构成卫星DNA。 卫星卫星DNADNA（satellite DNAsatellite DNA）v卫星卫星DNA(satelliteDNA)是一类高度重复是一类高度重复序列，这类重复顺序的重复单位一般由序列，这类重复顺序的重复单位一般由2-10bp组成，成串排列。由于这类序列的组成，成串排列。由于这类序列的碱基组成不同于其他部份碱基组成不同于其他部份（一般富含（一

13、般富含A/T片断，浮密度较小），片断，浮密度较小），可用等密度梯度可用等密度梯度离心法将其与主体离心法将其与主体DNA分开，因而称为分开，因而称为卫星卫星DNA或随体或随体DNA。v卫星卫星DNA通常是串联重复序列，由各种不同通常是串联重复序列，由各种不同的重复序列家族组成。的重复序列家族组成。v重复单位常存在序列变异，反映卫星重复单位常存在序列变异，反映卫星DNA可可能在经过串联重复后发生突变、重复和缺失能在经过串联重复后发生突变、重复和缺失而得以进化。而得以进化。v在真核生物之间，在真核生物之间， satellite DNA 总量在总量在2%5%，甚至在亲缘关系密切相关的两个物，甚至在亲缘

14、关系密切相关的两个物种之间，种之间， satellite DNA也会有悬殊的差别。也会有悬殊的差别。分类v卫星卫星DNA按重复单元核苷酸的多少，可按重复单元核苷酸的多少，可分为两类：分为两类：v小卫星小卫星DNA(minisatellite DNA )DNA(minisatellite DNA )，由几百由几百个核苷酸对的单元重复组成。个核苷酸对的单元重复组成。v微卫星微卫星DNA(microsatellite DNA )DNA(microsatellite DNA )，由由2-20个左右的核苷酸对的单元重复组成。个左右的核苷酸对的单元重复组成。v（占主体）（占主体）应用：应用：v1. 生物进

15、化生物进化v2. DNA指纹图谱（亲子鉴定）指纹图谱（亲子鉴定）v3. RFLP分析分析 检测基因缺失、突检测基因缺失、突变、扩增变、扩增 5、基因家族基因家族 gene familygene familyv*（1）概念）概念v在真核生物基因组中来源相同、结构相似、功在真核生物基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组成串排列在一起的基因，称能相关的一组成串排列在一起的基因，称为基为基因家族（因家族（gene family）。）。一些基因彼此靠近，一些基因彼此靠近，成串地排列在一起，这种基因排列结构叫基因成串地排列在一起，这种基因排列结构叫基因簇（簇（gene cluster）。在基因家族结构

16、中经常在基因家族结构中经常会看到基因簇结构。会看到基因簇结构。v基因簇基因簇多顺反子结构多顺反子结构 （2）分类：分类：v串联重复多基因家族串联重复多基因家族 组蛋白、组蛋白、tRNA、rRNAv分散重复多基因家族分散重复多基因家族 v Alu 家族家族v不同组织、细胞类型、发育时期表达的多基不同组织、细胞类型、发育时期表达的多基因家族因家族 v 同工酶（珠蛋白）同工酶（珠蛋白）（3）真核生物中重要的基因家族）真核生物中重要的基因家族v（1） Alu基因家族基因家族 分散重复序列分散重复序列v在单倍体人基因组中有在单倍体人基因组中有5X105个拷贝，约占人个拷贝，约占人基因组的基因组的3-6%

17、。每个重复单元的长度为。每个重复单元的长度为300bp，含一个，含一个Alu酶切位点，因而得名。酶酶切位点，因而得名。酶切后生成切后生成130bp和和170bp两个片段，每个两个片段，每个Alu片段两侧有片段两侧有6-20bp的同向重复序列，存在于的同向重复序列，存在于间隔区（间隔区（space）和内含子中。）和内含子中。v功能：可能与基因转录、调控、加工有关。功能：可能与基因转录、调控、加工有关。LDL receptor geneAlu repeats present within intronsAlu repeats in exons444555666AluAluAluAluX46Aluu

18、nequalcrossing overone product has a deleted exon 5(the other product is not shown)（2 2） rRNArRNA基因家族基因家族v串联重复，有转录活性。串联重复，有转录活性。v大多数真核生物大多数真核生物rRNA基因家族基因家族 集中分布在集中分布在一条或几条染色体上，以核仁区含量最高。一条或几条染色体上，以核仁区含量最高。v通常编码区较为保守，内间区具有种间特异通常编码区较为保守，内间区具有种间特异性，常被用作物种种类鉴定及进化分析。性，常被用作物种种类鉴定及进化分析。 rRNA基因家族（基因家族（gene c

19、luster） 5S rRNA 5S rRNA 基因家族基因家族v在所有染色体上都有，分布频率较高。在所有染色体上都有，分布频率较高。v一般由一般由120bp组成每个重复单元由组成每个重复单元由5sRNA基基因和和转录区前的非转录区组成，重复串联形因和和转录区前的非转录区组成，重复串联形成基因簇。成基因簇。v非洲爪蟾卵母细胞的非洲爪蟾卵母细胞的5sRNA基因：富含基因：富含A-T的的序列，由不同的序列，由不同的15bp序列重复而成，序列重复而成，（CAAAGTTTGAGTTTT）这段序列的串连）这段序列的串连数不同，非转录的间隔区的长度会有所改变。数不同，非转录的间隔区的长度会有所改变。 不同

20、生物不同生物rRNArRNA和和tRNAtRNA基因的拷贝数基因的拷贝数物种物种 18S和和28S基因基因 5S基因基因 tRNA基因基因 大肠杆菌大肠杆菌 7 7 60 酵酵 母母 140 140 250 果果 蝇蝇 150(),250() 165 850 非洲爪蟾非洲爪蟾 450 24000 1150 人人 类类 280 2000 1300 （3 3）tRNAtRNA基因家族基因家族 vtRNA基因平均长度约基因平均长度约140bp，是一类小，是一类小分子的基因，在基因组中的拷贝数可达分子的基因，在基因组中的拷贝数可达10个至数百个。个至数百个。 v基因之间串联重复排列；基因之间串联重复排

21、列；v多个不同的多个不同的tRNA基因组成一个串联重复，基因组成一个串联重复，各重复单元中各重复单元中tRNA基因可以不相同，并基因可以不相同，并单独转录。单独转录。（4）组蛋白基因家族）组蛋白基因家族v与细胞与细胞DNA复制有关复制有关 v中度重复序列（几十中度重复序列（几十几百个重复），不含几百个重复），不含内含子，无需转录后加工，内含子，无需转录后加工，mRNA产物无产物无3polyA 基因家族基因家族v与与DNA复制无关的组蛋白复制无关的组蛋白 v组织特异性表达的组蛋白组织特异性表达的组蛋白单拷贝单拷贝在高等真核生物中，在高等真核生物中，含有含有3 3类组蛋白基因：类组蛋白基因：vH2

22、a、H2b、H3、H4和和H1基因基因，这些基因在，这些基因在细胞分裂的细胞分裂的S期中表达，与期中表达，与DNA和染色体的复和染色体的复制有关；制有关；v与与DNA和染色体的复制无关的组蛋白基因和染色体的复制无关的组蛋白基因，主要存在于不分裂的、已完成分化的细胞或组主要存在于不分裂的、已完成分化的细胞或组织中；织中；v组织专一性的组蛋白基因组织专一性的组蛋白基因，例如，红细胞中，例如，红细胞中专一的专一的H5组蛋白基因。后两种组蛋白基因是单组蛋白基因。后两种组蛋白基因是单拷贝的，拷贝的，mRNA有有3-poly A。组蛋白基因家族组蛋白基因家族是指第一类的组蛋白基因。是指第一类的组蛋白基因。

23、 Nucleosome structureNucleosome core (left) 146 bp DNA; 1 3/4 turns of DNA DNA is negatively supercoiled two each: H2A, H2B, H3, H4 (histone octomer)Nucleosome (right) 200 bp DNA; 2 turns of DNA plus spacer also includes H1 histone 特点：特点：v一是组蛋白基因一是组蛋白基因缺乏内含子缺乏内含子；v二是组蛋白基因的二是组蛋白基因的mRNA没有没有3poly A尾巴尾巴

24、 。v这两个特点使组蛋白基因能很快地转录，并这两个特点使组蛋白基因能很快地转录，并将产物运输到细胞质中。将产物运输到细胞质中。 v组蛋白基因家族是重复序列中组蛋白基因家族是重复序列中唯一已知唯一已知具有蛋白质编码功能的基因具有蛋白质编码功能的基因。（5）珠蛋白基因家族）珠蛋白基因家族v珠蛋白基因家族是最早发现和研究得最多的基因家族珠蛋白基因家族是最早发现和研究得最多的基因家族之一。动物中的血红蛋白分子是珠蛋白的四聚体，由之一。动物中的血红蛋白分子是珠蛋白的四聚体，由2个个亚基和亚基和2个个亚基组成。亚基组成。 亚基基因在亚基基因在16号染色号染色体上，体上， 亚基基因在亚基基因在11号染色体上

25、，珠蛋白基因以基号染色体上，珠蛋白基因以基因家族的形式排列。因家族的形式排列。（四）基因的不连续性（四）基因的不连续性真核基因的重要特征真核基因的重要特征v发现：发现：v1977年研究病毒年研究病毒mRNA 时发现，随后时发现，随后在在 珠蛋白基因、卵清蛋白基因中珠蛋白基因、卵清蛋白基因中证实了断裂基因的存在。证实了断裂基因的存在。v 证据：证据：v 1. R环结构环结构v 2. 限制性内切酶分析限制性内切酶分析(exon-intron-exon)n structure of various genes -globinHGPRT(HPRT)total = 1,660 bp; exons = 9

26、90 bphistonefactor VIIItotal = 400 bp; exon = 400 bptotal = 42,830 bp; exons = 1263 bptotal = 186,000 bp; exons = 9,000 bp鸡的卵清蛋白基因用鸡的卵清蛋白基因用EcoR和和Hind两种酶切，两种酶切，可得到可得到3或或4个片段，把该基因的个片段，把该基因的mRNA逆转录产逆转录产物物cDNA（双链）用以上两种酶切，发现（双链）用以上两种酶切，发现cDNA不不能被这两种酶切。能被这两种酶切。 mRNAcDNA酶切酶切（不能被酶切）DNADNA中有的序列在中有的序列在mRNA中丢

27、失中丢失, 且丢失部分不且丢失部分不影响基因功能影响基因功能, 酶切位点在内含子中酶切位点在内含子中。酶切酶切 1、内含子的概念内含子的概念v外显子外显子extron：成熟的：成熟的mRNA或蛋白或蛋白质中存在的序列。（在质中存在的序列。（在DNA或或mRNA中都存在的序列）中都存在的序列）v内含子内含子intron：在：在DNA上存在，而在上存在，而在mRNA（或（或cDNA）中不存在的序列，）中不存在的序列，初级转录产物加工成成熟初级转录产物加工成成熟mRNA时被时被切除的间隔序列。切除的间隔序列。53promoter regionexons (filled and unfilled bo

28、xed regions)introns (between exons)transcribed regiontranslated regionmRNA structure+1 Gene structure （一个完整的具有转录功能的单元）（一个完整的具有转录功能的单元）(exon-intron-exon)n structure of various genes -globinHGPRT(HPRT)total = 1,660 bp; exons = 990 bphistonefactor VIIItotal = 400 bp; exon = 400 bptotal = 42,830 bp; exo

29、ns = 1263 bptotal = 186,000 bp; exons = 9,000 bp2、基因内含子的特点：、基因内含子的特点：v1.内含子是真核生物独有的，但并不是所有真内含子是真核生物独有的，但并不是所有真核基因一定有内含子；（组蛋白基因家族）核基因一定有内含子；（组蛋白基因家族）v2.内含子的数量和长度对不同的基因不同，一内含子的数量和长度对不同的基因不同，一般基因越长，内含子越多；般基因越长，内含子越多；v3. 在同一基因家族中，编码序列在进化过程在同一基因家族中，编码序列在进化过程中一直比较保守，而内含子变化迅速，差异中一直比较保守，而内含子变化迅速，差异较大；较大；v（内

30、含子变异较外显子大）（内含子变异较外显子大） v4.内含子与外显子间的连接处有特殊的内含子与外显子间的连接处有特殊的序列（序列序列（序列GTAG）。）。v高度保守序列高度保守序列 不连续基因剪接成不连续基因剪接成mRNA可可能遵照一种通用机制。能遵照一种通用机制。v5. 一个基因的内含子可以是另一个基因一个基因的内含子可以是另一个基因的外显子。的外显子。 （阅读框和剪切方式不同）（阅读框和剪切方式不同） 3、内含子可能的功能内含子可能的功能: :v1.调控转录速度；调控转录速度；v通过与启动子、起始位点的精确碱基配对，通过与启动子、起始位点的精确碱基配对，阻止或增强阻止或增强RNA聚合酶的活性

31、，从而调控转聚合酶的活性，从而调控转录。录。v2. 内含子具有各种内含子具有各种剪接信号剪接信号，使用不同的剪，使用不同的剪接方式形成不同的成熟接方式形成不同的成熟mRNA ；（一）、遗传信息的存储vDNA通过通过碱基对的排列顺序碱基对的排列顺序v （即为脱氧核苷酸的排列顺序）（即为脱氧核苷酸的排列顺序）v 储存大量的遗传信息储存大量的遗传信息三、DNA的生物学功能DNA分子的特性：分子的特性：多样性：多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。分子碱基对的排列顺序千变万化。一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式就有44000种。特异性：特定的特异性：特定的DNA分子具有特定

32、的碱基排列顺序。分子具有特定的碱基排列顺序。不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。稳定性：稳定性：概念概念：时间时间：（二）、自我复制（二）、自我复制是指以亲代是指以亲代DNA为模板为模板合成子代合成子代DNA的过程。的过程。细胞有丝分裂的间期和细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期减数第一次分裂的间期场所场所：细胞核细胞核(主要主要)解旋解旋： 碱基配对：碱基配对： ( (复制复制) )螺旋化螺旋化: : DNA DNA利用能量利用能量, ,在解旋酶的作用下，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。把两条螺旋的双链解开。 以以解开的每一段解开的每一段母链为模板母链为模

33、板，在，在DNADNA聚合酶等聚合酶等酶酶的作用下的作用下, ,利用细胞中利用细胞中游离的游离的4 4种脱氧核苷酸为原料种脱氧核苷酸为原料, ,按按碱基碱基互补互补配对配对原则，各自合成与母链互补原则，各自合成与母链互补的一段子链的一段子链。 随着模板链的解旋随着模板链的解旋, ,新合成的子链新合成的子链不断延伸。不断延伸。 同时，每条新链与对应的模板链同时，每条新链与对应的模板链盘绕成双螺旋结构。盘绕成双螺旋结构。 一个一个DNADNA形成两个完全相同的子代形成两个完全相同的子代DNADNA分子。分子。1.过程过程 模板：模板：2.条件条件（亲代（亲代DNA分子的）两条母链。分子的）两条母链

34、。细胞中游离的细胞中游离的4种种脱氧核苷酸。脱氧核苷酸。ATP。 DNA解旋酶，解旋酶，DNA聚合聚合酶等。酶等。 能量：能量：酶：酶：原料：原料：3.复制的特点复制的特点1.半保留复制半保留复制2.边解旋边复制边解旋边复制4.DNA精确复制的原因精确复制的原因独特的双螺旋结构为复制提供了独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板精确的模板; 碱基互补配对原则保证复制准确碱基互补配对原则保证复制准确无误地完成。无误地完成。5.DNA复制的意义复制的意义1.精确的复制，保持了遗传信息的连续性，精确的复制，保持了遗传信息的连续性，保证了物种的相对稳定性。保证了物种的相对稳定性。2.复制若发生复制若发生

35、“差错差错”(机率很小机率很小)，导致，导致生物产生可遗传的变异。生物产生可遗传的变异。2、遗传信息的翻译、遗传信息的翻译（1）概念：）概念： 游离在细胞质中的各种氨基酸，以游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。蛋白质的过程。问题：问题：那么，那么，RNA上的碱基序列如何决定肽链中氨上的碱基序列如何决定肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序呢？基酸的种类、数量和排列顺序呢？mRNA：碱基的数量碱基的数量排列顺序排列顺序蛋白质：蛋白质：氨基酸的数量氨基酸的数量排列顺序排列顺序种类种类决定决定决定决定决定决定?种种?种种4种种2

36、0种种 密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子UCAUG A UUAmRNA 密码子：密码子：mRNAmRNA上决定氨基酸的三个相邻上决定氨基酸的三个相邻的碱基。的碱基。 （2）密码子密码子 A A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬氨酸天门冬氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸转运转运RNA氨基酸氨基酸A A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬氨酸天门冬氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸A A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬氨酸天门冬氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸 （3）反密码子反密码子A A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天门天门冬酰氨冬酰氨AUG 异亮氨酸异亮氨酸 tRNAtRNA的一端运载着氨基酸的一端运载着氨基酸tRNA

37、“搬运工搬运工”UCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸核糖体核糖体UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸肽键肽键UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸肽

38、键肽键UCAUG A UUAA A U亮氨酸亮氨酸AC U天门冬天门冬氨酸氨酸AUG异亮氨酸异亮氨酸UCAUG A UUAA A UAC UAUG亮氨酸亮氨酸天门冬天门冬氨酸氨酸异亮氨酸异亮氨酸中心法则第三节第三节 基因突变基因突变 （gene mutation）遗传分子基础v一个祖先细胞由无性繁殖而产生的相同细胞群体叫一个祖先细胞由无性繁殖而产生的相同细胞群体叫做一个做一个克隆克隆（clone) 。v体细胞突变常形成一个体细胞突变常形成一个“突变体区突变体区”，体细胞突变，体细胞突变发生愈早，发生愈早， “突变体区突变体区”愈大。愈大。v体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径传递。体细胞突

39、变不能遗传给后代，可通过有性途径传递。2、基因突变的时期、基因突变的时期体细胞突变体细胞突变（ somatic mutation ）可通过参与受精而传给下一代。可通过参与受精而传给下一代。生殖细胞突变生殖细胞突变（ germinal mutation ）生物个体发育的任何时期均可发生：生物个体发育的任何时期均可发生：遗传分子基础三、基因突变特点三、基因突变特点v多方向性多方向性：一个基因可以向不同方向发生突变，：一个基因可以向不同方向发生突变，即它可以突变为一个以上的等位基因。即它可以突变为一个以上的等位基因。v复等位基因复等位基因：位于同一基因座位上的三个或三：位于同一基因座位上的三个或三个

40、以上的等位基因。个以上的等位基因。v大多数是有害的大多数是有害的v致死突变致死突变任何离开野生型等位基因的变化任何离开野生型等位基因的变化正向突变正向突变回复突变回复突变任何回复到野生型的变化任何回复到野生型的变化v亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往发生亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往发生相似的基因突变，称相似的基因突变，称突变的平行性突变的平行性。v由于突变平行性的存在，可以考虑一个物种或属所由于突变平行性的存在，可以考虑一个物种或属所具有突变类型，在近缘物种或属内也可能存在，对具有突变类型，在近缘物种或属内也可能存在，对人工诱变有一定的参考意义人工诱变有一定的参考意义v例如：

41、玉米有高、矮秆变异类型，其它物种如水稻、例如：玉米有高、矮秆变异类型，其它物种如水稻、v大麦、高粱、玉米等同样存在着这些变异类型。大麦、高粱、玉米等同样存在着这些变异类型。6、随机性遗传分子基础pointO转换转换(transition)O颠换颠换(transversion)TGCA A G T C 转 换 颠 换 图 2 1 -1 转 换 与 颠 换 遗传分子基础O（1）同义突变同义突变O（2）无义突变）无义突变O（3）错义突变）错义突变O（4）终止密码突变）终止密码突变O（5)调控序列突变调控序列突变O (6)内含子与外显子剪辑点突变内含子与外显子剪辑点突变遗传分子基础移码突变移码突变增加

42、或减少一个或几个碱基所造成的突变。增加或减少一个或几个碱基所造成的突变。遗传分子基础O缺失缺失 O重复重复 O重排重排 v大片段碱基的缺失或重复，如大片段碱基的缺失或重复，如E.coli乳糖发酵乳糖发酵调节基因调节基因 lac中四碱基重复序列。中四碱基重复序列。缺失和重复缺失和重复野生型野生型: 5-GTCTGGCTGGCTGGC-3突变型突变型FS5: 5-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3突变型突变型FS2: 5-GTCTGGCTGGC-3遗传分子基础v动态突变动态突变：是在基因的编码区、：是在基因的编码区、3或或5-UTR、启动、启动子区、内含子区出现子区、内含子区出现三核苷酸重

43、复，及其他长短不三核苷酸重复，及其他长短不同的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数同的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数，在减数分，在减数分裂活体细胞的有丝分裂过程中发生扩增而裂活体细胞的有丝分裂过程中发生扩增而造成遗传造成遗传物质的不稳定状态物质的不稳定状态。v这种三核苷酸重复拷贝数增加，不仅可这种三核苷酸重复拷贝数增加，不仅可发生在上代的发生在上代的生殖细胞生殖细胞中而遗传给下一中而遗传给下一代，而且在当代的代，而且在当代的体细胞体细胞中也可发生，中也可发生，并同样具有表型效应。并同样具有表型效应。v一个个体的不同类型细胞或同一类型的一个个体的不同类型细胞或同一类型的不同细胞中，三核苷酸重复拷贝数也

44、可不同细胞中，三核苷酸重复拷贝数也可以是不同的。以是不同的。v重复拷贝数改变后的基因的可突变性重复拷贝数改变后的基因的可突变性(mutability)，将不同于拷贝数改变前的基因。，将不同于拷贝数改变前的基因。这不同于以往发现的基因突变。这不同于以往发现的基因突变。v过去观察到的基因突变体仍然有着与其上代相过去观察到的基因突变体仍然有着与其上代相同的突变率，突变率是很低的，而且变动是很同的突变率，突变率是很低的，而且变动是很小的。小的。v比如，编码血纤维原肽比如，编码血纤维原肽(400个氨基酸组成个氨基酸组成)的的基因的突变率，估计是每基因的突变率，估计是每20万年改变一个氨基万年改变一个氨基酸，这些突变可说是酸，这些突变可说是“静止的静止的”。v由于三核苷酸扩增突变不同于此，所以称之为由于三核苷酸扩增突变不同于此，所以称之为动态突变动态突变(dynamic mutation)。动态突变也可。动态突变也可称为称为基因组不稳定性基因组不稳定性(genomic instability)。 遗传分子基础O分子病分子病(molecula